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一段淡忘了的数学插曲 精选

已有 6802 次阅读 2010-12-10 08:48 |个人分类:数学|系统分类:科研笔记

 
前面提到过Georges de RhamDifferentiable Manifoldshttp://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=389132 )陈省身先生为它写的导言是一段陌生的数学史,当时一边学一边翻译,现在抄录下来(一定有写错的名字和误解的句子,但原书找不到了,只好原样照抄),也是一段“美好的回忆”:
 
William Hodge的调和积分理论有胆识而富于想象,他看到了如何将几何函数论推向n维情形,他对基本定理的证明包含着一系列缺陷。后来,Hermann Weyl通过他早年的势论,才以巧妙的办法弥补了那些不足。
 
De Rham教授的这本书是微分流形的导引,它的主题看来是第一次以不同于Hodge-Weyl的方法详细地证明了Hodge的基本定理。他在写这本书时,一定很愉快,因为从de Rham理论可以自然达到Hodge理论的顶点。
 
n维几何里,链与上链,或积分与被积函数,是基本的对偶概念。在边缘算子是整体性的时候,上边缘算子(即外微分)是局域的,这使上同调论成为分析方法和应用的更为方便的工具。Poincare看到重积分的重要性提出了他的主要“定理”,而Elie Cartan发展了外微分的基础,并将它用于力学、微分系统和微分几何。完整的理论则是de Rham1931年的著名论文完成的。论文很长,因为那时的拓扑学是同调论,还没有上同调的概念。
 
同时包含链和上链的是“流”的概念。这是de Rham引入的,而且有效贯穿在本书中。0维流是一个(Laurent Schwartz意义下的)分布,现在已成为数学的基本概念。
 
关于Hpdge定理,现在有些别的证明,最自然的方法也许是用伪微分算子;Milgran-Rosenbloom证明用热传到方程的方法,有着广泛的影响;Morrey, Eells和Friedricchs有一个变分法的证明。
 
Hodge定理可以在多方面展开。它最重要的方面在于带系数束的上同调理论,这是Leroy引进的,Henri Cartan和J-P. Serre在复结构上做了发展,获得了巨大成功。它的调和理论最显由小平邦彦(K. Kodaira)研究过,在它的几何内容发现以后,调和理论借助S. Bochner的思想证明了上同调群的“零定理”,这些定理很重要。
 
在流形上的椭圆算子这个领域,现代的发展(如指标理论和谱理论)已经超越了本书的内容,然而我相信,热心于新结果的数学家也会专心地流连于此,不但能学习数学,还能学习数学的风格。
 
这段历史,再上溯就是大家熟悉的向量分析(散度、梯度、旋度,Gauss定理),Stokes定理,自然也联想到电磁学。麦克斯韦方程组的一个“几何”意义就是,一个区域的边缘(如圆周)是没有边缘的。所谓“同调”,就是为了区分边缘的闭曲线与非边缘的闭曲线。
 
上面的每个概念,我都没有本领用一句简单的白话说明白。这篇短文,能唤醒那些淡忘了的东西。
 


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